CN112531448A - 一种双波长光纤耦合激光泵浦源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双波长光纤耦合激光泵浦源，包括：第一激光芯片组、第二激光芯片组和增益光纤；第一激光芯片组包括若干第一激光芯片；第二激光芯片组包括若干第二激光芯片；每个第一激光芯片和每个第二激光芯片均通过传能光纤与增益光纤连通。本发明提供的双波长光纤耦合激光泵浦源，设有两个不同光谱波长的激光芯片组，通过一个半导体泵浦源产生两个不同的泵浦波长，将半导体泵浦源与增益光纤连通，没有空间耦合器件使激光器结构紧凑；同时充分利用增益光纤中粒子的能级跃迁，满足了不同泵浦源的需求。在高功率掺镱光纤激光器中既能在保证激光输出功率稳定的同时，又能提高激光器内非线性阈值。

Description

一种双波长光纤耦合激光泵浦源
技术领域
本发明涉及光纤激光器技术领域，尤其涉及一种双波长光纤耦合激光泵浦源。
背景技术
随着工业制造市场的逐渐开拓，光纤激光器作为高功率激光器市场的主体部分需求不断增加。光纤激光器主要由泵浦源，增益光纤与谐振腔组成，其中半导体激光器作为光纤激光器主要的泵浦源，半导体泵浦源激光通过光纤合束器注入增益光纤中，增益光纤中的掺杂粒子吸收泵浦光，通过能级转换发射长波长激光，通过谐振腔的振荡输出。因此泵浦波长的选择决定激光器的转换效率与发射光波长。
在光纤激光器中泵浦源波长的选择，主要由增益光纤中掺杂粒子的吸收光谱决定。选择吸收光谱中最大吸收系数所对应的波长作为激光器的泵浦波长。
目前光纤激光器主要利用单一波长的泵浦源，或者将不同波长泵浦源激光通过空间耦合到一起。上述两种方法在实际激光器制作中存在制作工艺复杂，制作成本高等问题。
发明内容
本发明实施例提供双波长光纤耦合激光泵浦源，用以解决上述问题，在高功率掺镱光纤激光器中既能在保证激光输出功率稳定的同时，又能提高激光器内非线性阈值。
本发明实施例提供的双波长光纤耦合激光泵浦源，包括：
第一激光芯片组、第二激光芯片组和增益光纤；
所述第一激光芯片组包括：若干第一激光芯片；所述第二激光芯片组包括：若干第二激光芯片；所述第一激光芯片的光谱波长大于所述第二激光芯片的光谱波长；每个所述第一激光芯片和每个所述第二激光芯片均通过传能光纤与所述增益光纤连通。
根据本发明提供的双波长光纤耦合激光泵浦源，所述增益光纤为掺镱光纤，所述第一激光芯片为976nm激光芯片，所述第二激光芯片为915nm激光芯片。
根据本发明提供的双波长光纤耦合激光泵浦源，所述第一激光芯片输出激光的光谱范围为905nm至925nm，对应中心波长915nm；所述第二激光芯片输出激光的光谱范围为972nm至980nm，对应中心波长976nm。
根据本发明提供的双波长光纤耦合激光泵浦源，所述第一激光芯片输出激光的峰值波长为976nm的正态分布，所述第二激光芯片输出激光的峰值波长为915nm的正态分布。
根据本发明提供的双波长光纤耦合激光泵浦源，所述第一激光芯片与所述第二激光芯片的功率配比2:1。
根据本发明提供的双波长光纤耦合激光泵浦源，所述双波长光纤耦合激光泵浦源还包括：多个慢轴准直镜和多个半反半透镜；
每个所述第一激光芯片均通过与其对应的一所述慢轴准直镜和与其对应的一所述半反半透镜以及所述传能光纤与增益光纤连通；每个所述第二激光芯片均通过与其对应的一所述慢轴准直镜和与其对应的一所述半反半透镜以及所述传能光纤与增益光纤连通。
根据本发明提供的双波长光纤耦合激光泵浦源，所述双波长光纤耦合激光泵浦源还包括：聚焦镜和准直镜；
所述第一激光芯片和所述第二激光芯片通过同一所述聚焦镜和所述准直镜以及所述传能光纤与增益光纤连通。
根据本发明提供的双波长光纤耦合激光泵浦源，所述双波长光纤耦合激光泵浦源还包括：电流控制器；
所述电流控制器与各所述第一激光芯片和/或所述第二激光芯片电性连接，用于控制各所述第一激光芯片和/或所述第二激光芯片的工作电流。
根据本发明提供的双波长光纤耦合激光泵浦源，所述双波长光纤耦合激光泵浦源还包括：温度控制器；所述温度控制器用于调整所述第一激光芯片和/或所述第二激光芯片的工作温度。
本发明提供的双波长光纤耦合激光泵浦源，设有两个不同光谱波长的激光芯片组，通过一个半导体泵浦源产生两个不同的泵浦波长，将半导体泵浦源与增益光纤连通，没有空间耦合器件使激光器结构紧凑；同时充分利用增益光纤中粒子的能级跃迁，满足了不同泵浦源的需求。在高功率掺镱光纤激光器中既能在保证激光输出功率稳定的同时，又能提高激光器内非线性阈值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的双波长光纤耦合激光泵浦源的结构示意图；
图2是915nm和976nm双波长光纤耦合激光泵浦源输出光谱；
图中，1、第一激光芯片组；2、第二激光芯片组；3、慢轴准直镜；4、半反半透镜；5、聚焦镜；6、准直镜；7、传能光纤。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1描述本发明提供的双波长光纤耦合激光泵浦源，该双波长光纤耦合激光泵浦源包括：第一激光芯片组1、第二激光芯片组2和增益光纤(图未示)。第一激光芯片组1包括：若干第一激光芯片。第二激光芯片组2包括：若干第二激光芯片。第一激光芯片的光谱波长大于第二激光芯片的光谱波长。每个第一激光芯片和每个第二激光芯片均通过传能光纤7与增益光纤连通。
本实施例中，增益光纤选用为掺镱光纤，在掺镱光纤激光器中，根据镱粒子的吸收光谱，其分别在915nm与976nm波长处有较高的吸收系数，因此通常使用915nm半导体激光器或976nm半导体激光器作为泵浦源，通过增益光纤的能级转换产生1μm波长的激光。为了获得高功率激光输出，通常使用多个百瓦级的半导体泵浦源，通过光纤合束器合成高功率泵浦光注入到掺镱粒子的增益光纤中。
因此使用915nm半导体泵浦源时，由于镱粒子在该处的吸收系数只有0.57，为获得高的激光输出功率，需要增益光纤由更高的吸收倍数，在掺镱光纤吸收系数一定时，就需要更长的增益光纤，来转换泵浦光，随着输出功率的增加，就会导致激光器的受激拉曼效应增强，同时增加激光器的制造成本。
当使用976nm半导体泵浦源时，镱粒子在该波段附近的吸收系数为1.78是915nm处的3倍左右，因此在使用相同吸收系数的掺镱光纤是，可以缩短激光腔的长度，降低受激拉曼效应。但是当增益光纤的吸收较高时，就会导致光纤内热效应增强，激光器出现模式不稳定效应。
因此，本实施例中的第一激光芯片采用976nm激光芯片，第二激光芯片采用915nm激光芯片。第一激光芯片输出激光的光谱范围为905nm至925nm，对应中心波长915nm。第二激光芯片输出激光的光谱范围为972nm至980nm，对应中心波长976nm。
工作过程中，第一激光芯片组1中的第一激光芯片和第二激光芯片组2中的第二激光芯片发出激光束，如图2所示，第一激光芯片输出光谱的范围在972nm至980nm，满足峰值波长976nm的正态分布。第二激光芯片输出光谱的范围在905nm至925nm，满足峰值波长915nm的正态分布。第一激光芯片和第二激光芯片发射的激光束进入传能光纤7，通过光纤耦合器把915nm和976nm双波长泵浦光耦合到增益光纤(掺镱光纤)中，再通过增益光纤的能级转换发射出1μm左右的光，通过一光栅对选择特定波长的连续或脉冲激光器输出。
本发明提供的双波长光纤耦合激光泵浦源，设有两个不同光谱波长的激光芯片组，将每个第一激光芯片和每个第二激光芯片均与增益光纤连通，通过一个半导体泵浦源产生两个不同的泵浦波长，没有空间耦合器件使激光器结构紧凑；同时充分利用增益光纤中粒子的能级跃迁，满足了不同泵浦源的需求。在高功率掺镱光纤激光器中既能在保证激光输出功率稳定的同时，又能提高激光器内非线性阈值。
如图1所示，双波长光纤耦合激光泵浦源还包括：多个慢轴准直镜3和多个半反半透镜4。每个第一激光芯片均通过与其对应的一慢轴准直镜3和与其对应的一半反半透镜4以及传能光纤7与增益光纤连通。每个第二激光芯片均通过与其对应的一所述慢轴准直镜和与其对应的一半反半透镜以及传能光纤7与增益光纤连通。
其中，双波长光纤耦合激光泵浦源还包括：聚焦镜5和准直镜6。第一激光芯片和第二激光芯片通过同一所述聚焦镜5和准直镜6以及传能光纤7与增益光纤连通。
工作过程中，第一激光芯片组1中的第一激光芯片和第二激光芯片组2中的第二激光芯片发出激光束，第一激光芯片输出光谱的范围在972nm至980nm，满足峰值波长976nm的正态分布。第二激光芯片输出光谱的范围在905nm至925nm，满足峰值波长915nm的正态分布。第一激光芯片和第二激光芯片发射的激光束先经过慢轴准直镜3进行慢轴方向的准直。经过慢轴准直后，入射到半反半透镜4，经过半反半透镜4的反射后入射到聚焦镜5，经过聚焦镜5的汇聚后，入射到准直镜6上，最后经准直耦合进入传能光纤7中。其中两种波长的功率配比为1:2。915nm和976nm双波长半导体泵浦源可以用于掺镱光纤激光器中，通过光纤耦合器把915nm和976nm双波长泵浦光耦合到增益光纤中，再通过增益光纤的能级转换发射出1μm左右的光，通过一光栅对选择特定波长的连续或脉冲激光器输出。
由于泵浦源的输出波长部分决定于其工作条件，为进一步控制输出的宽谱激光波长，双波长光纤耦合激光泵浦源还包括：电流控制器。电流控制器与各第一激光芯片或第二激光芯片电性连接，或同时与第一激光芯片和第二激光芯片电性连接，用于控制各第一激光芯片或第二激光芯片的工作电流，或同时控制第一激光芯片和第二激光芯片的工作电流。
同时，还可增设温度控制器。利用温度控制器调整第一激光芯片或第二激光芯片的工作温度，或者同时控制第一激光芯片和第二激光芯片的工作温度。
综上所述，本发明提供的双波长光纤耦合激光泵浦源，设有两个不同光谱波长的激光芯片组，将每个第一激光芯片和每个第二激光芯片均与增益光纤连通，通过一个半导体泵浦源产生两个不同的泵浦波长，没有空间耦合器件使激光器结构紧凑；同时充分利用增益光纤中粒子的能级跃迁，满足了不同泵浦源的需求。在高功率掺镱光纤激光器中既能在保证激光输出功率稳定的同时，又能提高激光器内非线性阈值。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种双波长光纤耦合激光泵浦源，其特征在于，包括：
第一激光芯片组、第二激光芯片组和增益光纤；
所述第一激光芯片组包括：若干第一激光芯片；所述第二激光芯片组包括：若干第二激光芯片；所述第一激光芯片的光谱波长大于所述第二激光芯片的光谱波长；每个所述第一激光芯片和每个所述第二激光芯片均通过传能光纤与所述增益光纤连通。
2.根据权利要求1所述的双波长光纤耦合激光泵浦源，其特征在于，所述增益光纤为掺镱光纤，所述第一激光芯片为976nm激光芯片，所述第二激光芯片为915nm激光芯片。
3.根据权利要求2所述的双波长光纤耦合激光泵浦源，其特征在于，所述第一激光芯片输出激光的光谱范围为905nm至925nm，对应中心波长915nm；所述第二激光芯片输出激光的光谱范围为972nm至980nm，对应中心波长976nm。
4.根据权利要求3所述的双波长光纤耦合激光泵浦源，其特征在于，所述第一激光芯片输出激光的峰值波长为976nm的正态分布，所述第二激光芯片输出激光的峰值波长为915nm的正态分布。
5.根据权利要求2所述的双波长光纤耦合激光泵浦源，其特征在于，所述第一激光芯片与所述第二激光芯片的功率配比2:1。
6.根据权利要求1所述的双波长光纤耦合激光泵浦源，其特征在于，所述双波长光纤耦合激光泵浦源还包括：多个慢轴准直镜和多个半反半透镜；
每个所述第一激光芯片均通过与其对应的一所述慢轴准直镜和与其对应的一所述半反半透镜以及所述传能光纤与增益光纤连通；每个所述第二激光芯片均通过与其对应的一所述慢轴准直镜和与其对应的一所述半反半透镜以及所述传能光纤与增益光纤连通。
7.根据权利要求1所述的双波长光纤耦合激光泵浦源，其特征在于，所述双波长光纤耦合激光泵浦源还包括：聚焦镜和准直镜；
所述第一激光芯片和所述第二激光芯片通过同一所述聚焦镜和所述准直镜以及所述传能光纤与增益光纤连通。
8.根据权利要求1所述的双波长光纤耦合激光泵浦源，其特征在于，所述双波长光纤耦合激光泵浦源还包括：电流控制器；
所述电流控制器与各所述第一激光芯片和/或所述第二激光芯片电性连接，用于控制各所述第一激光芯片和/或所述第二激光芯片的工作电流。
9.根据权利要求1所述的双波长光纤耦合激光泵浦源，其特征在于，所述双波长光纤耦合激光泵浦源还包括：温度控制器；所述温度控制器用于调整所述第一激光芯片和/或所述第二激光芯片的工作温度。
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